IT201600107632A1

IT201600107632A1 - Dispositivo per l'azzeramento della tensione residua sui terminali di sorgenti luminose a led e sistema di illuminazione comprendente tale dispositivo.

Info

Publication number: IT201600107632A1
Application number: IT102016000107632A
Authority: IT
Inventors: Matteo Mazzotti; Cesare Angeloni; Valerio Rossi; Gianni Facchini
Original assignee: Energy Tech S R L
Priority date: 2016-10-25
Filing date: 2016-10-25
Publication date: 2018-04-25
Also published as: GB2560398A; GB201717010D0

Description

“DISPOSITIVO PER L'AZZERAMENTO DELLA TENSIONE RESIDUA

SUI TERMINALI DI SORGENTI LUMINOSE A LED E SISTEMA DI

ILLUMINAZIONE COMPRENDENTE TALE DISPOSITIVO”

La presente invenzione rientra nel settore tecnico dei sistemi per l’alimentazione di sorgenti luminose, quali i segnali luminosi previsti lungo le piste aeroportuali, per i quali è previsto l'impiego di sorgenti luminose a LED.

In particolare, oggetto dell'invenzione è un dispositivo di connessione che realizza una particolare configurazione del sistema di alimentazione delle sorgenti luminose a LED per l'azzeramento di una tensione residua che permane, anche in condizioni di disattivazione, sui terminali di un segnale luminoso a LED, a causa di una particolare caratteristica di funzionamento del dispositivo di controllo utilizzato per determinarne l'accensione e lo spegnimento.

Tali sistemi di alimentazione sono previsti, usualmente, per alimentare sistemi di illuminazione di segnalazione all’interno di un aeroporto che comprendono una pluralità di segnali luminosi a LED disposti in successione. Questi sistemi di illuminazione garantiscono un’alta efficienza energetica, riducendo altresì i consumi di energia elettrica ed i relativi costi di esercizio.

Ciascun segnale, costituito da una o più sorgenti luminose a LED, è collegato tramite un trasformatore d'accoppiamento ad un circuito chiuso, che alimenta i trasformatori con una corrente elettrica variabile (in valore efficace) in ragione dei valori assunti da un segnale di comando controllato, ad esempio, dalla torre di controllo. Il livello di illuminazione che deve fornire la pista viene determinato a seconda del grado di visibilità contingente (luce crepuscolare, notte, condizioni atmosferiche avverse, ecc.) o desiderato.

I più avanzati sistemi di illuminazione aeroportuale (noti con l'acronimo AGL (airfield ground lighting) comprendono degli elementi di monitoraggio e controllo dei singoli segnali luminosi ILCM (individual lamp control and monitoring).

Tale funzionalità viene tipicamente implementata tramite dispositivi elettronici inseriti nei circuiti secondari dei trasformatori di accoppiamento, ed è prevista anche nei sistemi che utilizzano fonti luminose ad incandescenza, oltre che quelli che sfruttano i diodi LED. Questi dispositivi elettronici, ciascuno alimentato direttamente dal circuito secondario di un relativo trasformatore, svolgono principalmente le seguenti funzioni:

1) Controllano il segnale luminoso agendo di fatto come un interruttore; 2) Monitorano lo stato di funzionamento del segnale tramite rilevazione dell’eventuale condizione di circuito aperto a valle (ad esempio rilevano l'intervento del meccanismo di “fail-open” per un segnale a led);

3) Scambiano informazioni di controllo e monitoraggio con un’unità master direttamente collegata al sistema di telecontrollo aeroportuale ALCM (airfield lamp control and monitoring), tramite linee di comunicazione dedicate o sistemi ad onde convogliate.

Con riferimento alla funzione di interruttore, essa viene realizzata alimentando (“on”) o togliendo l’alimentazione (“off”) al carico a valle. In particolare, il singolo segnale a LED può essere spento cortocircuitando l’uscita dell’unità ILCM tramite relè, TRIAC o altri componenti elettronici con funzionalità similari.

Nel caso, abbastanza comune, dell'impiego di un TRIAC, nella condizione di conduzione al fine di realizzare il “cortocircuito” di spegnimento, ai terminali di uscita del dispositivo ILCM si presenta comunque una tensione alternata non perfettamente nulla, ma tipicamente con ampiezza intorno a 1 V.

Tale tensione viene inevitabilmente applicata ai capi del segnale luminoso, anche quando questo dovrebbe essere sotto l'effetto del comando di spegnimento.

Con gli impianti con lampade ad incandescenza tale tensione residua non è generalmente sufficiente a determinare alcuna emissione luminosa e, quindi, il segnale risulta di fatto spento.

Nel caso, invece, dei più moderni segnali a LED tale tensione può essere sufficiente ad attivare l’elettronica del segnale e ad alimentare i LED, determinando così emissione di luce.

Lo scopo della presente invenzione è quello di fornire un sistema di alimentazione di sorgenti luminose a LED che sia in grado di comandare correttamente lo spegnimento dei segnali luminosi da esse costituiti.

In particolare, rappresenta uno scopo della presente invenzione quella di proporre un dispositivo di connessione che inserito in tale sistema di alimentazione realizza una configurazione circuitale in grado di effettuare l'azzeramento della tensione residua sui terminali delle sorgenti luminose a LED anche nei casi in cui per il loro controllo vengono utilizzati componenti, come ad esempio i TRIAC, con i quali rimane una tensione residua in condizione di spegnimento.

Ulteriore scopo dell'invenzione è quello di proporre un dispositivo di connessione ed un sistema di alimentazione che risolvano il problema evidenziato in premessa con una soluzione originale ed inventiva ma semplice, economica ed efficace.

Questi ed altri scopi che risulteranno chiari dalla seguente descrizione, sono tutti ottenuti mediante un dispositivo di connessione per l'azzeramento della tensione residua che persiste, in condizione di spegnimento, sui terminali di un segnale luminoso costituito da una sorgente luminosa a LED, alimentato tramite un circuito di controllo ILCM per l'attivazione e la disattivazione del segnale luminoso, comprendente dei componenti passivi che interposti tra il circuito di controllo ILCM e il segnale luminoso determinano una riduzione di tensione della tensione in uscita, rispetto alla tensione in ingresso, pari ad almeno il valore della tensione residua.

Le caratteristiche dell'invenzione non emergenti da quanto detto sopra, saranno rese evidenti nella seguente descrizione, da considerare con riferimento alle unite tavole di disegno, nelle quali:

La figura 1 illustra un sistema di illuminazione aeroportuale che utilizza sorgenti luminose a LED, attualmente in uso;

La figura 2 illustra un sistema di illuminazione aeroportuale che utilizza sorgenti luminose a LED, che incorpora il dispositivo oggetto della presente invenzione;

La figura 3 rappresenta uno schema di una prima versione più semplice del dispositivo oggetto dell'invenzione;

La figura 4 rappresenta la curva caratteristica della tensione in uscita in funzione della tensione in ingresso del dispositivo di figura 3;

La figura 5 rappresenta uno schema di una versione più evoluta del dispositivo oggetto dell'invenzione.

Con riferimento alla figura 1, si è in essa illustrato un sistema di illuminazione, ad esempio per segnalazione aeroportuale, nel quale sono previsti dei segnali luminosi 1 costituiti da una o più sorgenti luminose a LED.

Ciascun segnale luminoso a LED, costituito da uno o più diodi LED, è collegato tramite un trasformatore d'accoppiamento 2 ad un circuito chiuso C, il quale è destinato ad alimentare i trasformatori con una corrente elettrica fornita da una unità centrale di alimentazione 5 e regolata con intensità variabile (in valore efficace) secondo i segnali di comando ricevuti dalla torre di controllo.

Altri segnali di controllo sono impartiti, tramite una centrale di comando 4, o unità master, a circuiti di controllo ILCM 3, denominati anche unità di campo, che attivano o disattivano il LED o i LED che costituiscono i segnali luminosi 1 ad essi collegati. Lo scambio di informazioni tra la centrale di comando 4 e le unità ILCM 3 può avvenire tramite linee di comunicazione dedicate o tramite sistemi di comunicazione ad onde convogliate sul circuito C.

Il singolo segnale luminoso 1 viene in genere spento cortocircuitando l’uscita dell’unità di campo ILCM 3, tramite un TRIAC (non illustrato) opportunamente comandato dalla centrale di comando 4.

Il Triac è un componente elettronico, di tipo semiconduttore, specificamente progettato per controllare carichi in corrente alternata e viene anche definito come interruttore statico bidirezionale.

Nella condizione di spegnimento, con il TRIAC in conduzione per realizzare il “cortocircuito” di spegnimento, ai terminali di uscita dell'unità di campo ILCM 3 si presenta una tensione alternata non perfettamente nulla (tipicamente con ampiezza intorno a 1 V).

Tale tensione finisce quindi in ingresso sui terminali del segnale luminoso 1 anche quando questo dovrebbe essere spento.

Trattandosi di sorgenti luminose a led, la tensione seppur limitata è sufficiente a causarne comunque l'accensione, ed essendo tali sorgenti destinate a fornire delle segnalazioni questa condizione non è accettabile. Facendo ora riferimento alla figura 2, l'invenzione prevede di interporre tra l’unità di campo ILCM 3 ed il segnale luminoso 1 un dispositivo di connessione 6, il quale contiene al suo interno alcuni componenti elettronici passivi, che sono in grado di fornire in uscita una tensione istantanea corrispondente al valore risultate dalla seguente espressione:

VO=sign(VI) x max(0,|VI| - VR)

dove VIè il valore della tensione in ingresso e VRindica la massima riduzione di tensione che si intende ottenere (tipicamente intorno a 1 V). Il risultato dell'introduzione del dispositivo di connessione 6 è che quando il segnale viene comandato nella condizione di spento, tale dispositivo è in grado di annullare la tensione residua Vresche può essere presente in uscita dall’unità di campo ILCM 3.

La figura 3 rappresenta la forma più semplice per realizzare la configurazione circuitale del dispositivo di connessione 6. In tale forma più semplice, si sono impiegati dei diodi 10, disposti in 2 serie in antiparallelo lungo rispettivi rami 21, 22.

I rami 21, 22 si trovano interposti tra un terminale di uscita del circuito di controllo ILCM o unità di campo 3 ed un corrispondente terminale del segnale luminoso 1. Il restante terminale del segnale luminoso resta direttamente collegato al corrispondente terminale d'uscita del circuito di controllo ILCM o unità di campo 3.

Dal momento che per ogni ramo 21, 22 comprendente la rispettiva serie 11, 12 di diodi 10 le tensioni di soglia (tipicamente intorno a 0,6 V) si vengono a sommare, il risultato è che si determina una corrispondente riduzione del valore della tensione applicata ai terminali del segnale luminoso 1, in questo caso di circa 1 V (1,2 V per l'esattezza).

La caratteristica ideale ingresso-uscita che si ottiene per il dispositivo di connessione 6 oggetto della presente invenzione è riportata in figura 4, nella quale la tensione in uscita V0è riportata in funzione della tensione in ingresso VI. Come si può notare, rispondendo all'espressione riportata sopra, la tensione in uscita V0comincia a crescere dallo 0 solamente quando la tensione in ingresso VIraggiunge e supera 1,2 V, cioè quando i diodi commutano in conduzione.

In questo modo, una tensione di ingresso al dispositivo di connessione 6 di 1 V risulterà sempre azzerata sui terminali del segnale luminoso a LED 1 e a ciascuna serie 11, 12 compete la riduzione di una corrispondente semionda della tensione residua.

Quindi, per compensare tensioni residue intorno ad 1 V, sono sufficienti 2 diodi per ogni ramo 21, 22, ciascun ramo essendo in grado di fornire una riduzione di tensione VR = 1,1 ÷ 1,2 V.

Secondo una forma di realizzazione più conveniente, per l'ottenimento delle serie 13, 14 di diodi in antiparallelo si può utilizzare un ponte raddrizzatore 25, dopo aver opportunamente collegato i morsetti di ingresso Mi1, Mi2 rispettivamente ad un terminale di uscita del circuito di controllo ILCM 3 e ad un corrispondente terminale del segnale luminoso 1, mentre i morsetti di uscita Mu1, Mu2 del circuito raddrizzatore a ponte 25 sono collegati tra loro, come indicato in figura 5.

In questo caso, il ramo 23 lungo il quale è formata la serie 13 di diodi 10 segue il percorso formato rispettivamente tra il morsetto d'ingresso Mi1, il morsetto d'uscita Mu2, il morsetto d'uscita Mu1 ed il morsetto d'ingesso Mi2. Invece, il ramo 24 lungo il quale è formata la serie 14 di diodi 10 segue il percorso formato rispettivamente tra il morsetto d'ingresso Mi2, il morsetto d'uscita Mu2, il morsetto d'uscita Mu1 ed il morsetto d'ingesso Mi1.

Per tensioni residue più elevate si possono utilizzare più ponti raddrizzatori 25.

I dispositivo di connessione oggetto della presente invenzione è caratterizzato da specifiche tecniche idonee all’operatività in campo (livelli di tensione e corrente in gioco, grado di protezione IP, connettori standard di ingresso uscita, ecc.), che permettono il suo utilizzo anche nelle condizioni a cui sono sottoposte le unità di campo ILCM 3.

Grazie alla presente invenzione sono quindi raggiunti gli scopi preposti nella parte introduttiva ed in particolare il dispositivo di connessione qui descritto permette di realizzare un sistema di alimentazione di sorgenti luminose a LED in grado di comandare correttamente lo spegnimento dei segnali luminosi da esse costituiti.

In precedenza si è fatto esplicito riferimento ai TRIAC come componenti di controllo dei segnali luminosi, ma si intende che l'invenzione può trovare applicazione anche rispetto ad altri componenti elettronici con funzionalità analoghe che potrebbero presentare lo stesso problema di tensione residua Vres.

La configurazione circuitale del sistema di alimentazione in tal modo ottenuta effettua un ridimensionamento della tensione fornita ai segnali luminosi tale da produrre l'azzeramento della tensione residua Vresapplicata sui terminali delle sorgenti luminose a LED,

Grazie al ridimensionamento della tensione in uscita dai TRIAC utilizzati come componenti di controllo per la loro accensione ed il loro spegnimento, la tensione residua Vres ai terminali delle sorgenti luminose che costituiscono i segnali assume valore zero in condizione di spegnimento.

Il sistema di alimentazione che risolve il problema della tensione residua Vres in uscita dal TRIAC evidenziato in premessa utilizza una soluzione originale ed inventiva, ma semplice ed efficace, che non incide in modo rilevante sui costi di produzione e di esercizio dell'impianto.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di connessione per l'azzeramento della tensione residua (Vres) che persiste, in condizione di spegnimento, sui terminali di un segnale luminoso (1) costituito da una sorgente luminosa a LED, alimentato tramite un circuito di controllo ILCM (3) per l'attivazione e la disattivazione del segnale luminoso (1), caratterizzato dal fatto di comprendere componenti (10) passivi e/o attivi che interposti tra detto circuito di controllo ILCM (3) e detto segnale luminoso (1) determinano una riduzione della tensione in uscita (Vo), rispetto alla tensione in ingresso (VI), pari ad almeno il valore di detta tensione residua (Vres) fino ad un prestabilito valore massimo (VR) di riduzione.
2. Dispositivo di connessione secondo la rivendicazione 1, in cui detti componenti passivi (10) sono costituiti da almeno due diodi collegati in anti-parallelo e inseriti lungo rispettivi rami (21, 22, 23, 24) interposti tra un terminale di uscita di detto circuito di controllo ILCM (3) ed un corrispondente terminale di detto segnale luminoso (1), detti diodi aventi tensione di soglia almeno pari a detta tensione residua (Vres).
3. Dispositivo di connessione secondo la rivendicazione 2, in cui ciascun ramo (23, 24) comprende due o più diodi (10), di cui la somma delle tensioni di soglia è almeno pari a detta tensione residua (Vres).
4. Dispositivo di connessione secondo la rivendicazione 3, in cui detti rami (23, 24) e detti diodi (10) fanno parte di almeno un circuito raddrizzatore a ponte (25) con i morsetti di ingresso (Mi1, Mi2) collegati rispettivamente ad un terminale di uscita di detto circuito di controllo ILCM (3) e ad un corrispondente terminale di detto segnale luminoso (1), mentre i morsetti di uscita (Mu1, Mu2) di detto circuito raddrizzatore a ponte (25) sono collegati tra loro.
5. Dispositivo di connessione secondo la rivendicazione 4 in cui sono previsti due o più ponti raddrizzatori (25).
6. Dispositivo di connessione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto circuito di controllo ILCM (3) opera mediante un interruttore statico bidirezionale atto a determinare una condizione di corto circuito tra detti terminali del segnale luminoso (1) quando si trova in stato di conduzione.
7. Dispositivo di connessione secondo la rivendicazione 6, in cui detto interruttore statico bidirezionale è costituito da un TRIAC.
8. Dispositivo di connessione secondo la rivendicazione 7, in cui detta tensione residua (Vres) ai capi di detto TRIAC in stato di conduzione ammonta a circa 1 V e la tensione di soglia di detti diodi ammonta a circa 0,6 V.
9. Dispositivo di connessione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la tensione in uscita (Vo) è uguale a: VO=sign(VI) x max(0,|VI| - VR) dove VI è il valore della tensione in ingresso e VR indica la massima riduzione di tensione che si intende ottenere.
10. Sistema di alimentazione per una serie di segnali luminosi (1) costituiti da una o più sorgenti luminose a LED ed alimentati tramite corrispondenti circuiti di controllo ILCM (3) per l'attivazione e la disattivazione dei rispettivi segnali luminosi (1) e collegati ai secondari di altrettanti trasformatori di accoppiamento (2) alimentati da un circuito chiuso (C) di alimentazione, in cui ciascuno di detti circuiti di controllo ILCM (3) opera mediante un interruttore statico bidirezionale atto a determinare una condizione di corto circuito tra detti terminali del rispettivo segnale luminoso (1) quando in stato di conduzione, detto sistema di alimentazione comprendendo un dispositivo di connessione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 9, interposto tra ciascuno di detti circuiti di controllo ILCM (3) ed il rispettivo segnale luminoso (1).
11. Sistema di alimentazione secondo la rivendicazione 10, in cui detta serie di segnali luminosi (1) costituisce un sistema di illuminazione per segnalazione aeroportuale.